Question

19．按照體積計算空氣中氧氣約占21%，某化學興趣小組的同學按照課本的實驗裝置做“測定空氣中氧氣的體積分數”實驗（圖1），但測出的氧氣體積分數明顯偏小．請你參與探究：

【提出問題】
造成誤差的原因是什么？如何改進課本實驗裝置？
【查閱資料】①

	顏色、狀態	熔點/℃	燃燒所需最低溫度/℃	密度/g•cm-3
紅磷	暗紅色固體	590	240	2.34
白磷	白色固體	44.1	40	1.82

②二氧化碳氣體能被氫氧化鈉溶液吸收
③在加熱的條件下銅粉能與氧氣反應生成黑色的氧化銅固體
【猜想】
甲同學：可能是導管內原存有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性；
乙同學：可能是瓶內殘留氣體中還有氧氣的緣故；
你還能做的猜想是紅磷量不足或裝置漏氣或裝置未冷卻至室溫就打開彈簧夾等（寫一點即可）．
【交流與討論】
（1）寫出圖1中集氣瓶中發生反應的符號表達式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）丙同學認為，用木炭代替紅磷也能完成圖1的實驗，但事先要在集氣瓶中放入一定量的氫氧化鈉溶液或石灰水；
（3）他們對圖1實驗裝置進行了如圖2的改進．與圖1實驗裝置相比，圖2裝置的一個優點是在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差；
【探究與反思】
（1）為驗證乙同學的猜想，將銅粉在殘余氣體中加熱，觀察到銅粉變黑，所以乙同學的猜想合理（選填“合理”或“不合理”）；
（2）大家采用改進的實驗裝置（圖2）進行實驗（左邊玻璃管上面的空氣平均分成了5等份，并標刻度線），待玻璃管冷卻、管內白色的煙幕消失，同時能觀察到左邊玻璃管中水上升到1刻度線（左邊玻璃管中水上升了玻璃管中空氣體積的1/5等，得到了較準確的數據，但又意外發現左玻璃管內壁上端附著白色固體．左玻璃管上端的白色固體主要成分可能是白磷或者五氧化二磷．．

Answer 1

分析 【猜想與假設】裝置漏氣；集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾；紅磷不足等都會導致測量結果偏小，可以據此提出猜想；
【交流與討論】
（1）根據紅磷燃燒生成五氧化二磷解答；
（2）木炭可以和氧氣反應生成二氧化碳氣體，二氧化碳可以和氫氧化鈉溶液反應，據此解答；
（3）①白磷的著火點低，可以較容易的發生燃燒，可以據此解答；
②銅具有較好的導熱性，可以據此解答；
③在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差，可以據此解答；
【探究與反思】
（1）銅粉可以和氧氣反應生成黑色的氧化銅固體，可以據此解答該題；
（2）①根據【查閱資料】可以知道，白磷為白色或黃色固體，可以據此解答該題；
②五氧化二磷可以溶于水后生成磷酸，所以其pH小于7，可以據此解答．

解答 解：按照體積計算空氣中氧氣約占21%；
【猜想與假設】集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾也會導致測量結果偏小，所以我們可以提出的猜想為：裝置漏氣；集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾；紅磷不足等；
【交流與討論】
（1）紅磷燃燒生成五氧化二磷，反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）木炭可以和氧氣反應生成二氧化碳氣體，不能產生壓強差，所以水不能進入廣口瓶中而不能測定出空氣中氧氣的含量；二氧化碳可以和氫氧化鈉溶液反應，故事先要在集氣瓶中放入一定量的氫氧化鈉溶液或石灰水；
（3）分析圖2中的裝置環保，生成的五氧化二磷有毒，不污染空氣；測量所得數據比較準確；所用試劑量少，節約藥品等；
【探究與反思】
（1）銅粉可以和氧氣反應生成黑色的氧化銅固體，所以若觀察到銅粉變黑則說明裝置殘留有氧氣，即乙同學的猜想合理；
（2）左邊玻璃管中水上升到1刻度線，根據【查閱資料】可以知道，白磷為白色或黃色固體，所以左玻璃管上端的黃色固體主要成分可能是白磷固體受熱蒸發后的附著在玻璃管上的；
故答案為：
【猜想與假設】集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾；
【交流與討論】
（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）氫氧化鈉溶液或石灰水；
（3）實驗誤差小或者不會污染空氣等
【探究與反思】：（1）合理；（2）左邊玻璃管中水上升到1刻度線（左邊玻璃管中水上升了玻璃管中空氣體積的1/5等；

點評 空氣是人類寶貴的自然資源，在中考中占有重要的地位，特別是空氣中氧氣含量的測定，要注意測定原理、實驗關鍵、現象和結論、裝置的評價和改進等內容的考查．